專利名稱：借助投影儀以3d對象的更改的2d圖像來照明該3d對象的方法，以及適合于執(zhí)行該方法的 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種借助(在使用時)將3D對象的更改的2D圖像投影在3D對象上 的投影儀以該3D對象的更改的2D圖像照明3D對象、特別是3D藝術(shù)對象的方法。本發(fā)明 還涉及適合于執(zhí)行該方法的投影儀。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，以特定設(shè)計或者圖形照明對象是已知的。例如US2003/0034974描 述了通過首先獲得對象的3D圖形模型來制作3D物理對象動畫的計算機執(zhí)行方法。該文獻 中所描述的發(fā)明構(gòu)思為以投影影像照明的非彩色對象代替具有固有的顏色、紋理和材料特 征的物理對象，從而在該對象上直接復制原始的或者可替換的外觀。在該方法中，對象的期 望視覺特征被有效“空運”至投影儀。特別地，計算機執(zhí)行方法通過首先獲得對象的3D圖形 模型來制作3D物理對象的動畫。以圖形制作工具編輯該模型以反映對象的期望外觀?？?慮到用戶的位置和實際光的位置，該編輯的模型被呈現(xiàn)為圖像。然后，根據(jù)對象表面的方位 和表面上的輻射度來修正圖像的強度值。最后可以以修正的圖像來照明該3D物理對象以 給出當從用戶的位置觀看時實際光下的3D物理對象的期望的外觀。另外，US 2005/0116667描述了一種瓷磚照明系統(tǒng)，其中由LED以例如柵格或者邊 沿照亮形式來照亮瓷磚的內(nèi)部空間，并將光擴散面板設(shè)置在內(nèi)部空間上方。瓷磚照明系統(tǒng) 可以和其它系統(tǒng)結(jié)合以使任何表面(例如地板、天花板、墻壁或者建筑物外部)瓷磚化。照 明控制信號可被提供來在瓷磚照明單元上產(chǎn)生寬范圍的影響，包括在不同的瓷磚照明單元 中協(xié)調(diào)的影響。根據(jù)該文獻考慮了二維和三維的實施例。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)的缺點在于獲得3D對象的圖像的方法非常復雜，例如通過徹底 掃描3D對象、獲得3D模型等等。另一個缺點在于現(xiàn)有技術(shù)的方法需要人工編輯所形成的 3D對象圖像。因此，現(xiàn)有技術(shù)的方法不是非常適用于3D(藝術(shù))對象的自動化效果照明。因此，本發(fā)明的一個方面在于提供一種以圖像照明3D對象的可替代方法，該方法 優(yōu)選地進一步規(guī)避上述的一個或多個缺點。本發(fā)明的另一方面在于提供可替代的投影儀， 該投影儀優(yōu)選允許用這樣的投影儀執(zhí)行本發(fā)明的方法。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了 一種采用設(shè)置在觀察點的投影儀以3D對象的更 改的2D圖像照明某位置上的3D對象的方法，其中在不通過該投影儀以更改的2D圖像照明 3D對象時，如從觀察點觀察，該3D對象具有選自(i)具有特殊紋理的區(qū)域、(ii)陰影區(qū)域、 (iii)反射區(qū)域、(iv)彩色區(qū)域以及(ν)除前面提到的區(qū)域之外的區(qū)域的一個或多個特征， 其中該方法包括a.在不通過投影儀以更改的2D圖像照明3D對象時，提供圖像傳感器從觀察點捕 獲的對象的2D圖像；
b.確定2D圖像上對應(yīng)于選自(i)具有特殊紋理的區(qū)域、( )陰影區(qū)域、(iii)反 射區(qū)域、(i ν)彩色區(qū)域以及(ν)和3D對象上的其他區(qū)域的一個或多個特征的一個或多個 2D圖像區(qū)域；c.通過改變選自(i)顏色和(ii)亮度的一個或多個特征來更改2D圖像的一個或 多個2D圖像區(qū)域的至少其中一個以獲得更改的2D圖像的一個或多個更改的圖像區(qū)域；d.通過由投影儀在3D對象上投影更改的2D圖像來照明3D對象，其中3D對象上 的一個或多個更改圖像區(qū)域的投影基本上與3D對象上的一個或多個區(qū)域重疊。有利地，該 方法提供了一種可替代方法，該方法可相對容易地允許創(chuàng)建用于對3D對象進行照明的更 改圖像。另外，它還可以允許以更改圖像全自動地照明諸如3D藝術(shù)對象的3D對象，這些3D 對象是以其2D圖像進行照明的。此外，不需要復雜地獲取圖像。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種投影儀，該投影儀包括光源、用于顯示更改的 2D圖像的面板、和透鏡，其中光源、面板和透鏡被設(shè)置為通過光束投影更改的2D圖像，其中 該投影儀還包括具有觀察窗的圖像傳感器，其中光束和觀察窗至少部分重疊。在實施例中， 利用數(shù)字投影儀。有利地，投影儀容易地提供了執(zhí)行本發(fā)明的方法的可能性。它還允許在不同位置 使用不同3D對象和對不同3D對象進行照明，而不需要復雜地對準投影儀和對象以及不需 要精心獲取3D對象的圖像。借助根據(jù)本發(fā)明的方法和投影儀，3D對象(例如3D藝術(shù)對象)可以以對象本身的 處理圖像進行照明，從而提供驚人的效果、產(chǎn)生一種逼真的藝術(shù)、以及為3D藝術(shù)對象增添 額外的藝術(shù)維度。這樣的圖像可隨著時間變化、可以被隨機或者預定地處理，等等。選自(i)顏色和(ii)亮度的一個或多個特征的變化可以是隨機變化，但在另一個 實施例中也可以是(3D對象的2D圖像上的一個或多個區(qū)域的)預定的變化。另外，還可采 用隨機變化和預定變化的組合。在這里“隨機”指的是隨機選擇改變顏色和/或改變亮度。 在這里術(shù)語“預定”指的是OD圖像上的)某類區(qū)域與顏色和/或亮度的變化之間的預定 聯(lián)系。短語“可采用隨機變化和預定變化的組合”指的是將2D圖像更改為可在隨后執(zhí)行或 者可同時執(zhí)行的更改的2D圖像(即通過將更改的2D圖像投影在3D對象上來照明這里指 定的區(qū)域)。在特殊實施例中，短語“⑴顏色”指的是多種顏色。在另一個實施例中，“ ( )亮 度”指的是多個亮度強度。在特定實施例中，短語“選自⑴顏色和(ii)亮度的一個或多 個特征”指的是選自⑴多種顏色和(ii)多個亮度強度的一個或多個特征。術(shù)語“顏色” 在這里還指(投影儀可用的)任何顏色，包括白色。這一點意味著紅色區(qū)域可以以任何顏 色照明，包括紅光和白光。術(shù)語“亮度”指的是(投影儀可用的)任何亮度，包括沒有照明。 這一點意味著可以以某強度的光照明某區(qū)域，包括沒有照明。因此，更改2D圖像以及因此 以更改的2D圖像照明3D對象在一個實施例中導致以選自顏色和亮度矩陣的光來照明(如 這里所定義的)區(qū)域。如上所述，以顏色和亮度照明(或者不照明)區(qū)域的方法的選擇可 以為隨機選擇或者預定選擇，或者其組合。通常，3D對象將包括選自(i)具有特殊紋理的區(qū)域、(ii)陰影區(qū)域、(iii)反射區(qū) 域、(iv)彩色區(qū)域以及(ν)除前面提到的區(qū)域之外的區(qū)域的多個區(qū)域或者特征。在特殊實 施例中，3D對象將包括至少選自(i)具有特殊紋理的區(qū)域、(ii)陰影區(qū)域、(iii)反射區(qū)域、(iv)彩色區(qū)域的多個區(qū)域或者特征。更改的2D圖像可以以這樣的方式進行更改所述 多個區(qū)域中的一個區(qū)域、多于一個區(qū)域、或者所有區(qū)域被更改。例如，給定了具有三個不同 陰影區(qū)域的3D對象時，更改的2D圖像可以以投影儀照明一個、兩個或者三個這些區(qū)域中的 3D對象的方式進行更改。同樣，這些更改可隨時間變化，即3D對象以多個不同地更改的2D 圖像進行照明。因此，在特殊實施例中，該方法包括由投影儀以多個不同更改的2D圖像連續(xù)照明 3D對象。這樣可創(chuàng)建一種逼真藝術(shù)作品(“放映幻燈片”)。短語“連續(xù)照明”不排除投影儀 照明的臨時缺失。通常，當執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法時，其中3D對象根本不由投影儀借助更 改的2D圖像進行照明的時域?qū)⒉粫L于約0. 5-5分鐘。但是，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚，可 選地本發(fā)明的方法和投影儀可配備例如基于用戶輸入信號或者傳感器輸入信號的“睡眠模 式”。投影儀可手動切換至(或者切換出)睡眠模式，但是傳感器也可例如檢測人(觀眾) 是否存在并分別根據(jù)人的缺失和/或存在創(chuàng)建用于打開和/或關(guān)閉睡眠模式的輸入信號?？雌饋恚柚景l(fā)明的方法和投影儀，當在大約l_5mm范圍的空間周期下3D對象 的由均方根值表征的表面粗糙度處于大約0. 01-50mm的范圍內(nèi)時，可獲得最佳結(jié)果。這一 點意味著，假定在3D對象上的任何位置，在大約l_5mm范圍內(nèi)例如2或者4mm的距離上，均 方根表面粗糙度處于大約0. 01-5mm的范圍內(nèi)，例如0. 1或者1mm。在實施例中，這一點不排 除3D (藝術(shù))對象上存在開口區(qū)域(“孔”)。在特殊實施例中，投影儀還包括控制器，該控制器被設(shè)置為更改選自由位于觀察 點的圖像傳感器采集的某位置上的3D對象的2D圖像的一個或多個2D圖像區(qū)域的(i)顏 色和(ii)亮度的一個或多個特征以獲得所述更改的2D圖像的一個或多個更改圖像區(qū)域以 用于將更改的2D圖像投影至3D對象，其中，在沒有借助投影儀用更改的2D圖像照明3D對 象時，從觀察點觀看時3D對象具有包括如下特征的一個或多個區(qū)域，所述特征選自(i)具 有特殊紋理的區(qū)域、(ii)陰影區(qū)域、(iii)反射區(qū)域、(iv)彩色區(qū)域以及(ν)除前面提到的 區(qū)域之外的區(qū)域，并且其中一個或多個更改圖像區(qū)域在3D對象上的投影基本上與3D對象 上的一個或多個區(qū)域重疊?？刂破骺僧a(chǎn)生待投影在3D對象上的更改圖像的顏色和/或強 度的隨機和/或預定更改。另外，控制器可被設(shè)置為控制對準或者控制對準步驟。如上所述，一個或多個更改圖像區(qū)域投影在3D對象上的投影基本上與3D對象上 的一個或多個區(qū)域重疊。為此，該方法在實施例中還包括對準步驟。例如，當將更改的2D 投影至3D對象上時，圖像傳感器可捕獲被照明3D對象的第二 2D圖像并且可(自動核對) 更改的2D圖像在3D對象上的投影是否與3D對象相配。如果不是，則更改的2D圖像可被 調(diào)整以與3D對象相配和/或可優(yōu)化投影儀的對準。在迭代過程中，可校正所述更改的2D 圖像和/或投影儀的對準直到獲得需要的對準。作為經(jīng)驗法則，短語“基本重疊”對應(yīng)于第二 2D圖像上圖像區(qū)域面積和更改的2D 圖像在3D對象上投影面積之差在0-5%、特別是0-2%的范圍內(nèi)。這里，術(shù)語“第二 2D圖像” 指的是在由投影儀以更改的2D圖像照明3D對象時從觀察點觀察的3D對象的圖像。因此， 術(shù)語“基本重疊”指的是從觀察點觀察時兩個或者更多區(qū)域相互重疊并且在2D尺度(包括 面積)上基本沒有差別的情形。此外或者可替代地，還可通過其中提供3D對象的(第三)2D圖像的步驟進行對 準，其中，在捕獲該圖像(從觀察點)的同時，一柵格被投影在3D對象上。此后，在柵格也被投影至3D圖像上的同時，具有柵格投影的3D對象的(第三)2D圖像被投影至3D對象上。 通過對準投影儀，即通過對準步驟，柵格的投影和具有柵格投影的3D對象的2D圖像(即， “第三圖像”)能被對準并且可實現(xiàn)基本重疊?？捎扇魏窝b置，包括根據(jù)本發(fā)明的投影儀所 包括的可選、附加柵格投影設(shè)備，來執(zhí)行柵格的投影。這樣的對準可特別地在執(zhí)行本發(fā)明的 方法的步驟a-d之前執(zhí)行。雖然是從觀察點分別捕獲和投射2D圖像和2D圖像的投影，但是也可從另一個位 置投射柵格的投影。這里，對準步驟可包括下列步驟的一個或多個投影儀的圖像對準、焦點對準、圖 像投影尺寸變更、以及幾何變形校正。術(shù)語“圖像對準”特別指的是投影儀透鏡的χ，y對準， 但尤其還可指其中投影儀沿水平和/或垂直方向和/或傾斜地移動的步驟。術(shù)語“幾何變 形校正”包括例如(水平和/或垂直)梯形失真校正。術(shù)語“焦點對準”涉及圖像在3D對 象上的投影是清晰的還是模糊的。術(shù)語“圖像投影尺寸變更”涉及通過放大和按比例縮小 來控制更改的2D圖像在3D對象上投影的尺寸。在特殊實施例中，由控制器控制下列步驟 的一個或多個以及更尤其是下列所有步驟投影儀的圖像對準、焦點對準、幾何變形校正以 及圖像投影尺寸變更。該控制器可基于預定的可執(zhí)行指令和/或輸入信號(例如用戶輸入 信號或者傳感器輸入信號)控制所述對準。在另一個實施例中，投影儀可包括設(shè)置來感測到3D對象的距離的距離傳感器。基 于被感測的距離和將距離和投影儀設(shè)置(例如焦距和圖像投影尺寸)關(guān)聯(lián)的一組預定數(shù) 據(jù)，投影儀可將更改的2D圖像投影在3D對象上，從而3D對象上的投影和各區(qū)域基本上重疊。如上所提到的，根據(jù)本發(fā)明的投影儀還包括具有至少部分與光束觀察窗重疊的觀 察窗的圖像傳感器。因此，投影儀可至少在重疊區(qū)域既觀察3D對象又以光束照明3D對象。 選擇和設(shè)置圖像傳感器和投影儀(即，投影光學器件)使得所述重疊區(qū)域的至少部分處于 圖像傳感器透鏡的焦距內(nèi)以及處于投影儀透鏡的焦距內(nèi)。這里，術(shù)語“圖像傳感器透鏡”可 指一組例如用于照相機的透鏡，例如自動對焦系統(tǒng)。另外，術(shù)語“投影儀透鏡”可指如在投 影儀中經(jīng)常使用一組透鏡。這里，投影儀可以為被設(shè)置來顯示圖像、特別是數(shù)字圖像以及根據(jù)本發(fā)明的一方 面進一步包括圖像傳感器的常規(guī)或者專用投影儀。圖像傳感器可特別為設(shè)置來捕獲圖像的 照相機，特別是數(shù)碼照相機。所述照相機還可為多個照相機。圖像傳感器和投影儀分別可以從觀察點捕獲圖像和將更改圖像投影在3D對象 上，即，既采用相同位置捕獲圖像又將更改圖像投影至3D對象10上。根據(jù)本發(fā)明的方法，在一個實施例中可通過首先以圖像傳感器捕獲3D對象的圖 像然后以投影儀替換圖像傳感器而實現(xiàn)這一點。這樣，兩者都被(連續(xù)地)設(shè)置在觀察點。 特別是，在一個實施例中，圖像傳感器的最后透鏡和投影儀的最后透鏡之間的位置差不大 于約20cm，特別是不大于約10cm。這樣，視野不會明顯不同，而圖像傳感器的觀察窗可基本 上與光束重疊。這里，術(shù)語“最后透鏡”指的是圖像傳感器或者投影儀(即投影儀透鏡)的 一透鏡，其下游沒有設(shè)置透鏡以及其上游可設(shè)置一個或多個透鏡。例如，投影儀透鏡可包括 多個透鏡。設(shè)置在投影儀的所述多個透鏡的所有透鏡(相對于光源的)下游的透鏡被表示 為最后透鏡或者投影儀的最后透鏡。
投影儀的最后透鏡的表面通常比被光束用來投影更改的2D圖像的表面更大。換 言之，透鏡的一部分通常不被使用。在本發(fā)明的投影儀的特殊實施例中，圖像傳感器設(shè)置在 投影儀最后透鏡的上游。而在另一個實施例中，圖像傳感器的光軸和投影儀的光軸可重合。可通過多種方 法實現(xiàn)這一點。在一個實施例中，投影儀還可包括設(shè)置在面板和透鏡之間的分束器單元，以使得 分束器下游的投影儀的光軸可基本上與分束器下游的圖像傳感器的光軸重合。在另一個實施例中，投影儀可還包括設(shè)置在面板和透鏡之間的單透鏡反射單元， 以使得單透鏡反射單元下游的投影儀的光軸可基本上與單透鏡反光單元下游的圖像傳感 器的光軸重合。該單透鏡反射單元可被構(gòu)造為將反射鏡設(shè)置在最后透鏡和面板之間并將該 光重新指向圖像傳感器。這樣，圖像傳感器可基本上覆蓋與投影儀借助其光束覆蓋的范圍 的相同的(范圍)。在捕獲2D圖像之后，可去除反射鏡并且投影儀可投影更改的2D圖像， 這與觀察者看到的圖像和照相機捕獲的圖像相同的單透鏡反射照相機的原理相似。這里，給定分束器或者單透鏡反射單元的原理，圖像傳感器可具有與投影儀的光 束至少部分重疊或者可甚至全部重疊(即覆蓋相同區(qū)域)的觀察窗。在特殊實施例中，光源包括一個或多個單色光源。這樣的光源可特別包括一個或 多個LED(發(fā)光二極管)。而在另一個實施例中，光源包括超高壓(UHP)燈。因此，在特殊實 施例中，光源可僅僅產(chǎn)生光的一種顏色，但是該顏色是可調(diào)節(jié)的。例如可以借助紅色、綠色 和藍色LED實現(xiàn)這一點。這樣，投影儀的光學器件可變得相對簡單可僅僅采用一個具有大 孔徑的面板，而不需要濾色鏡或者分色專用光學器件。其優(yōu)點在于高透射和廉價的單面板 解決方案。顏色可隨著時間變化。在另一個實施例中光源包括色環(huán)和UHP燈。


現(xiàn)在將參考所附的示意圖僅僅借助于示例來描述本發(fā)明的實施例，在附圖中，相 應(yīng)的附圖標記表示相應(yīng)的部件，并且其中圖la、Ib示意性地分別以前視圖和側(cè)視圖描述藝術(shù)3D對象(“3D藝術(shù)對象”)；圖示意性地描述了本發(fā)明方法的實施例；圖3以結(jié)構(gòu)圖示意性地描述了本發(fā)明方法的實施例；圖4a_4b示意性地以側(cè)視圖描述了本發(fā)明方法的實施例；圖5a_5d示意性地描述了現(xiàn)有技術(shù)的投影儀(5a)和根據(jù)本發(fā)明的投影儀的實施 例(5b-5d)。
具體實施例方式為更詳細描述本發(fā)明，首先詳細描述3D藝術(shù)對象。該3D藝術(shù)對象被用作說明和 描述本發(fā)明的實例。圖Ia和Ib分別以前視圖和側(cè)視圖示意性地示出了以標記10表示的該3D對象。 3D對象10包括平坦的背景101，其在該實例中可以為黑色。它可以例如為框架上拉伸的帆 布或者告示板。在該平坦黑色背景101上，附著了變形的三方錐100。該錐體100具有3個 面，并將其底部(PB)附著至背景101。該錐體具有一個大的面102、一個較小的面104和另一個較小的面103。面102和103具有邊114，面102和104具有邊113，而面103和104具 有邊115。錐體100上具有多種顏色和結(jié)構(gòu)。附圖標記105指的是面102的彩色區(qū)域，附圖 標記110指的是面103的彩色區(qū)域。另外，面103具有彩色區(qū)域112。面104完全以一種顏 色著色。附圖標記111指的是面102上的反射區(qū)域。面102、103和104基本上是平坦的， 除了高度差大約為5-10mm(分別相對于面102和103)的紋理化環(huán)狀結(jié)構(gòu)107、108和109 以外。如從圖Ia和Ib可以看出，3D對象10不是2D對象，即不是平坦的，而是一 3D的對 象10，這是因為錐體100從平坦的背景101伸出以及存在突起區(qū)域107、108和109。3D對 象10具有寬度W、長度1。另外，錐體相對于平坦背景100的高度以標記h表示(在圖Ib 中)。粗糙表面通常包括一種結(jié)構(gòu)，從而提供高度輪廓。這種表面的高度輪廓可用現(xiàn)有 技術(shù)已知的技術(shù)來表征。該高度輪廓可被定義為局部高度相對于輪廓平均高度的差。不必 定義非常詳細的高度輪廓，即不必知道在每個位置的輪廓高度。描述結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵特征的一 組數(shù)字將實現(xiàn)此功能。一組適合的數(shù)字為表面上一組特征長度的高度的均方根(rms)粗糙 度值。通常采用正弦波的均方根值來表征粗糙度，其可描述紋理化對象的表面，即義石
乘以波的幅度。正弦波的波長被稱為空間周期。粗糙度的空間周期(即波長)為光學元件 的重要量。注意到，對于真實表面，粗糙度是在一系列空間周期上被表征或者指定的，這是 因為單個空間周期不能描述粗糙度的整個效應(yīng)。這一點還意味著不是采用單個正弦波而是 采用具有某(范圍)系列的空間周期的正弦波的疊加來計算rms值。當3D對象10在大約 l-5mm范圍的空間周期上具有由大約0. 01-50mm的范圍內(nèi)的rms值表征的表面粗糙度時，獲 得最佳結(jié)果。這樣，高度h在3D對象10上將不會變化太多。圖描述了采用如上所述的3D對象10如何可以應(yīng)用本發(fā)明的方法。本發(fā)明 不限于在這里所描述的3D對象10。3D對象10僅僅用作3D對象10的示例。在該示例中， 3D對象10為藝術(shù)對象。圖加示意性示出了空間300上的3D對象。在3D對象10上方提供可以照明3D 對象10的燈200。3D對象10設(shè)置在空間300中的位置21上。另外，在觀察點25，設(shè)置圖 像傳感器60，例如照相機，特別是數(shù)碼照相機。圖像傳感器60具有觀察窗61。圖像傳感器 60可以為單獨的照相機，或者可被集成在投影儀中，如本發(fā)明的投影儀的多個實施例(參 見下文)的情形。圖像傳感器60相對于3D對象10的特定定位以及燈200的特定定位僅 僅是示例性的。這里，現(xiàn)在按照3D對象10的特定區(qū)域描述3D對象10。為簡單起見，每個區(qū)域以 該區(qū)域?qū)Ｓ玫膮⒖紭擞洷硎?。但是注意一個區(qū)域可具有超過一個的特性/特征。由特征表 征的這些區(qū)域選自(i)具有特殊結(jié)構(gòu)(31)的區(qū)域、(ii)陰影區(qū)域(32)、(iii)反射區(qū)域 (33)、(i ν)彩色區(qū)域(34)以及(ν)除前面提到的區(qū)域(31，32，33，34)之外的區(qū)域(35)。 在圖加中指示了這些區(qū)域，并且這些區(qū)域?qū)?yīng)上述的以及在圖Ia和Ib中示意性描述的面 和面的區(qū)域。另外，表1 (參見下文)總結(jié)了 3D對象10的特征和可在該示例性3D對象10 上區(qū)分的特定區(qū)域。圖像傳感器60可構(gòu)造3D對象10的圖像。這樣的圖像為2D圖像(本身)并且可特別為數(shù)字2D圖像。在圖2b中示意性描述了所獲得的2D圖像，并且在附圖中以附圖標記 30表示。這里，圖像，或者2D圖像是相同的。為將3D對象與對象的2D圖像區(qū)分開，圖像被 “加框，，?，F(xiàn)在，確定和歸類2D圖像30上的不同區(qū)域。無論是否通過軟件(例如圖像識別軟 件和/或圖像表征軟件)，用戶都可以區(qū)分不同區(qū)域(即特征)。為簡單起見，分別以31'、 32' ,33' ,34'和35'表示2D圖像30上的這些區(qū)域。注意，原則上不必知道在2D圖像30 上區(qū)分哪種類型的區(qū)域，即以什么特征表征該區(qū)域。例如，當一個人不能將反射區(qū)域與白色 區(qū)域區(qū)分開或者一個人(或軟件)不能將紋理化區(qū)域與黑色區(qū)域區(qū)分開時可能就是如此。 但是，用戶和/或軟件仍然能夠區(qū)分不同區(qū)域的存在，這是因為2D圖像30將以不同顏色和 /或亮度示出這些區(qū)域。確定了 2D圖像30上的不同區(qū)域之后，可設(shè)計更改的2D圖像。這里，術(shù)語更改圖 像或者更改的2D圖像是相同的。再次可由用戶和/或軟件實現(xiàn)這一點。圖2d示意性描述 了更改的2D圖像50。注意，在該實例中，通過實例，每個區(qū)域改變?yōu)楦膮^(qū)域。但是，可更 改一個或多個區(qū)域，或者可更改所有區(qū)域。另外，可設(shè)計多個更改圖像50，其可按順序被投 影(參見下文)，其中在所述多個更改的2D圖像50的各個更改的2D圖像50之間，其更改 可能不同。另外，可以以隨時間變化的亮度和/或顏色照明(或者不照明)各區(qū)域，并獲得 一種幻燈片放映，其給出3D對象10的其它的藝術(shù)特征。表1 :3D對象和2D圖像上各區(qū)域的附圖標記
權(quán)利要求
1.一種由設(shè)置在觀察點05)的投影儀00)以3D對象(10)的更改的2D圖像(50)來 照明一位置上的3D對象(10)的方法，其中在投影儀GO)不以更改的2D圖像(50) 照明3D對象(10)時從觀察點0 觀察，3D對象(10)具有一個或多個特征，所述特征選自 ⑴具有特殊紋理的區(qū)域(31)、(ii)陰影區(qū)域(32)、(iii)反射區(qū)域(33)、(iv)彩色區(qū)域 (34)以及(ν)除前面提到的區(qū)域(31、32、33、34)之外的區(qū)域(35)，其中該方法包括在不 通過投影儀GO)以更改的2D圖像(50)照明3D對象(10)時，提供由圖像傳感器(60)從 觀察點(25)捕獲的對象(10)的2D圖像(30)；確定在2D圖像上對應(yīng)于選自(i)具有特殊紋理的區(qū)域(31)、(ii)陰影區(qū)域(32)、 (iii)反射區(qū)域(3 、(iv)彩色區(qū)域(34)以及(ν) 3D對象(10)上的其他區(qū)域(3 的所 述一個或多個特征的一個或多個2D圖像區(qū)域(31' ,32' ,33' ,34' ,35')；通過改變選自(i)顏色和(ii)亮度的一個或多個特征來更改2D圖像(30)的一個或 多個2D圖像區(qū)域(31' ,32' ,33' ,34' ,35')中的至少一個以獲得更改的2D圖像(50) 的一個或多個更改圖像區(qū)域(31*、32*、33*、34*、35*)；通過由投影儀GO)在3D對象(10)上投影更改的2D圖像來照明3D對象(10)，其中 3D對象(10)上的一個或多個更改圖像區(qū)域(31*、32*、33*、34*、35*)的投影基本上與3D對象 (10)上的一個或多個區(qū)域(31、32、33、34、35)重疊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中選自(i)顏色和(ii)亮度的一個或多個特征的變化為 隨機變化。
3.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項的方法，其中該方法包括由投影儀GO)以多個不同地 更改的2D圖像(50)連續(xù)照明3D對象(10)。
4.根據(jù)前面權(quán)利要求任一項的方法，其中3D對象(10)的表面粗糙度由在l_5mm范圍 的空間周期下處于0. 01-50mm的范圍的rms值來表征。
5.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項的方法，其中該方法還包括對準步驟。
6.一種投影儀(40)，包括光源(41)、用于顯示更改的2D圖像(50)的面板和透 鏡(44)，其中光源(41)、面板和透鏡04)被設(shè)置為通過光束G6)投影更改的2D圖 像(50)，其中該投影儀00)還包括具有觀察窗(61)的圖像傳感器(60)，其中光束06)和 觀察窗(61)至少部分重疊。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的投影儀(40)，還包括設(shè)置在面板和透鏡04)之間的分束器 (47)或者單透鏡反射單元(147)，以使得分束器07)或者單透鏡反射單元(147)下游的投 影儀G0)的光軸08)基本上與分束器G7)或者單透鏡反射單元(147)下游的圖像傳感 器(60)的光軸(68)重合。
8.根據(jù)權(quán)利要求6-7中任一項的投影儀(40)，還包括控制器(70)，該控制器被設(shè)置為 更改由圖像傳感器(60)在觀察點0 獲得的一位置上的3D對象(10)的2D圖像 (30)的一個或多個2D圖像區(qū)域(31'、32'、33'、34'、35')的選自⑴顏色和(ii)亮 度的一個或多個特征，以獲得更改的2D圖像(50)的一個或多個更改圖像區(qū)域(3Γ、32\ 33*、34*、35*)用于將更改的2D圖像(50)投影至3D對象(10)，其中，在沒有通過投影儀00) 以更改的2D圖像(50)照明3D對象(10)時，如從觀察點0 觀察，3D對象(10)具有一個 或多個區(qū)域(31、32、33、34、35)，所述區(qū)域具有選自(i)具有特殊紋理的區(qū)域(31)、(ii)陰 影區(qū)域(32)、(iii)反射區(qū)域(33)、(i ν)彩色區(qū)域(34)以及(ν)除前面提到的區(qū)域(31、.32、33、34)之外的區(qū)域(35)的特征，并且其中一個或多個更改圖像區(qū)域(31*、32*、33*、34*、 35*)在3D對象(10)上的投影基本上與3D對象(10)上的一個或多個區(qū)域(31、32、33、34、 35)重疊。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一項的投影儀(40)，其中光源包括一個或多個單色光源。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種以3D對象10的更改的2D圖像照明3D對象10的方法。另外，本發(fā)明提供了一種用于執(zhí)行該方法的專用投影儀40。該投影儀40還包括用于捕獲對象的2D圖像的圖像傳感器60，該2D圖像在被更改為更改的2D圖像之后可以被投影儀40投影在3D對象10上。
文檔編號G06T17/00GK102132091SQ200880108163
公開日2011年7月20日 申請日期2008年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月21日
發(fā)明者A·H·伯格曼, M·P·C·M·克里恩, R·P·范戈爾科姆 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司